输水管道沿程水头损失水力计算软件开
发
摘要：在油田注水管道、输水管道的设计中，精确计算管道的沿程水头损失，是合
理确定管道直径、壁厚以及泵的扬程的基础。精确的计算水头损失同样是流体力学理论研究
的重要组成部分。在理论计算及工程设计计算过程中，因管道内流体流动状态的不同，沿程
水头损失计算十分繁琐。本文利用Visual Basic语言编写了一款可以进行输水管道沿程水
头损失水力计算的软件，用于选取、校核管径与泵的参数等，辅助油田水管道设计。
关键词：输水管道设计；沿程水头损失；水力计算；沿程摩阻系数
0 引言
油气田水管道建设是油气田地面工程建设的重要组成部分。水管道工程投资
较大，一般占水系统投资的70%-80%。对水管道进行水力计算，合理确定合适的
管道直径、壁厚以及泵的扬程，具有重要的意义。水管道的水力计算包括沿程水
头损失计算和局部水头损失计算，而局部水头损失一般按照沿程水头损失的5%-10%考虑，因此分析计算沿程水头损失成为水管道设计的重点。因流体流态的不同，用于水力计算的公式繁琐，手工计算耗时耗力，出错率较高，工程查图法受
视觉误差影响，限制了计算精度。
本文针对上述问题，利用Visual Basic语言编写了一款输水管道沿程水头
损失水力计算软件。使用者只需在软件界面输入基本参数，即可快速计算出结果，准确高效。
1 理论基础
在平直管道内流体流过时的阻力称为沿程阻力。沿程阻力的大小可用
Darcy-Weisbach公式表示:
（1.1）
式中: 为沿程摩阻损失（又称沿程水头损失）；为沿程摩阻系数( 达西
摩阻系数)；为管道长度；d为管道直径；v 为断面平均流速；g 为重力加速度。从式（1.1）重可以看出，求解沿程水头损失的重点在于，求解沿程摩阻系数。通过大量实验得知：是雷诺数Re与当量相对粗糙度的函数。工程上可以根据
管道流动的雷诺数Re和相对当量粗糙度 ,查莫迪(L.F.Moody)图得出。
雷诺数Re为无量纲数，其表达式为：
（1.2）
其中为动力粘度，水的动力粘度可根据下式计算：
（1.3）
——温度，℃。
莫迪图上可分为五个区，各区的分界判别式及计算公式如下；
（1）层流区:Re≤2000,
（1.4）
（2）过渡区:2000
（3）紊流光滑区:4000≤Re≤ Re1，此区中与无关,只是Re数的函数。可由下列经验公式计算:布拉修斯公式(H·Blasius)
（4000≤Re< 105）（1.5）
费洛年科一阿里特苏里公式
（Re＞4000）（1.6）
Re1——由水力光滑区向混合摩擦区过渡的临界雷诺数
（4）混合摩擦区，Re1≤Re≤ Re2此区比较复杂，与Re、两者有关。计
算公式有：著名的柯列布洛克公式(C.F.Colebrook):
（1.7）
简单方便的阿里特苏里公式：
（1.8）
Re2——由混合摩擦区向粗糙区过渡的临界雷诺数
（1.9）
（5）紊流粗糙区：Re＞Re2，此区与Re数无关，只是的函数，此区可由尼
古拉兹公式计算
（1.10）
工程上，一般根据管道的Re数和值，先判断流体处于哪一个区，然后再采用适用于该区的公式计算或查图得出值。如果采用公式计算，则需要反复试算，如果采用查图法，则受到人为影响，其查图结果往往不精确。
2 算法的选取与简化
柯列布洛克公式,即(1.7)式,其优点是：国内、外公认它是第（4）区混合摩擦区最好的
计算公式,精度高,莫迪图就是根据它绘制的。其缺点是:右端包含,是的隐函数式,给计算
带来困难,如果在算机上任选初始值,反复运算,则耗费机时。阿里特苏里公式,即(1.8)式,其优点是显函数式,且计算较简便,其缺点是误差较大。根据以上分析,如果将两式联合使用,首先用(1.8)式作第一次计算,然后将其结果作为初值代入(1.7)式进行计算。这样,先发挥(1.8)式显函数和简便的优点,弥补(1.7)式的隐函数性质,再发挥(1.7)式精度高的优点,克服(1.8)式误差大的缺点,取长补短,这样,不需再反复计算,就可得到较满意的精度。除混合摩擦区以外的其他四个区，则分别采用对应的经验公式进行计算，这样所得到的结果最为精准。计算步骤如下；
3 软件开发
3.1 软件架构与界面
本软件构架包含有输入层、计算层与输出层，如图1所示。软件操作界面如图2所示。左侧为输入端、右侧为输出端。
图1 沿程水头损失水力计算软件构架
图2 沿程水头损失水力计算软件界面
3.2软件功能
本软件集合了油田地面水管线工程常用的无缝钢管、钢丝网骨架复合管、PE管3种管材，可一键式计算动力粘度、流速、雷诺数、沿程摩阻系数、沿程水头损失等参数，可用于确定泵的参数。
本软件通过多次迭代对柯列布洛克公式,即(1.7)式进行计算，通过控制步长，将计算结果精度控制在10-4数量级，充分满足油田水管线设计需要。
通过合理控制沿程水头损失，可校核管径选取是否合适。
4 结果验证
沿程摩阻系数是沿程水头损失求解的关键，工程中常采用查莫迪图的方法确定沿程摩阻系数。本文示例选取了工程中常用的无缝钢管，其绝对当量粗糙度为0.15mm，取管径为
1m，相对当量粗糙度=0.00015，利用该软件计算了沿程摩阻系数，绘制出与Re数的关系曲线如图3、图4所示，其整体走向与莫迪图基本一致。
图3 层流区沿程摩阻系数软件计算结果
图4 水力光滑区、混合摩擦区、水力粗糙区沿程摩阻系数软件计算结果
同时选取5个特征点，对比软件计算结果与查图结果，如表1所示。从表中可以看出，软件计算结果与查图结果基本一致。因查图有视觉误差，运用软件计算更能提高后续计算精度。计算出沿程摩阻系数，便可很容易的进行后续沿程水头损失计算，进而辅助管道设计。
表1 沿程摩阻系数软件计算结果与查图结果对比表
5 结语
本文利用Visual Basic语言编写了输水管道沿程水头损失水力计算软件，实现了参数化计算动力粘度、流速、沿程摩阻系数、沿程水头损失等，运用沿程摩阻系数求解公式的联合，简化了计算程序，节省了计算空间，并通过多次迭代将沿程摩阻系数求解精度控制在10-4数量级以内，相比查图，其结果更精确。运用该软件，可进行泵的选型和管系校核，辅助油气田水管线设计。
参考文献：
[1]孙载正.沿程阻力系数计算的简化方法[J].山东纺织工学院学报,1988,3(2):16-20.
[2]何春平,林楚霞.管系水力计算软件开发[J].广东造船,2018(3):34-61.
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各种管道水头损失的简便计算公式(879) 摘要：从计算水头损失的最根本公式出发，将各种管道的计算公式加以推导，得出了计算水头损失的简便公式，使得管道工程设计人员从繁琐的计算中解脱出来，提高了工作效率。 关键词：水头损失塑料管钢管铸铁管混凝土管钢筋混凝土管 ??? 在给水工程应用中经常要用到水头损失的计算公式，一般情况下计算水头损失都是从水力摩阻系数λ等基本参数出发，一步一步的代入计算。其实各个公式之间是有一定的联系的，有的参数在计算当中可以抵消。如果公式中只剩下流速、流量、管径这些基本参数，那么就会给计算者省去不少的麻烦。在此我们充分利用了各参数之间以及水头损失与水温的关系，将公式整理简化，供大家参考。 1、PVC-U、PE的水头损失计算 根据《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》规定，塑料管道沿程水头损失hf应按下式计算： （式1-1） 式中λ—水力摩阻系数； L—管段长度（m）； di—管道内径（m）； v—平均流速（m/s）； g—重力加速度，9.81m/s2。 因考虑到在通常的流速条件下，常用热塑性塑料给水管PVC-U、PE管一般处于水力光滑区，管壁绝对当量粗糙度对结果的影响非常小或没有影响，故水力摩阻系数λ可按下式计算：
（式1-2） 式中Re—雷诺数。 雷诺数Re应按下式计算： （式1-3） 式中γ—水的运动粘滞度（m3/s），在不同温度时可按表1采用。 表1水在不同温度时的γ值（×10-6） 水温℃05101520253040 γ（m3/s） 1.78 1.52 1.31 1.14 1.000.890.80 0.66 ??? 从前面的计算可知，若要计算水头损失，需将表1中的数据代入，并逐步计算，最少需要3个公式，计算较为繁琐。为将公式和计算简化，以减少工作量，特推导如下： ??? 因具体工程水温的变化较大，水力计算中通常按照基准温度计算，然后根据具体情况，决定是否进行校正。冷水管的基准温度多选择10℃。 ??? 当水温为10℃时的γ=1.31×10-6 m3/s，代入式1-3 得（式1-4） 将式1-4代入式1-2
流量与管径、压力、流速的一般关系 一般工程上计算时，水管路，压力常见为0.1--0.6MPa，水在水管中流速在1--3米/秒，常取1.5米/秒。流量=管截面积X流速=0.002827X管内径的平方X流速(立方米/小时)。 其中，管内径单位：mm ，流速单位：米/秒，饱和蒸汽的公式与水相同，只是流速一般取20--40米/秒。 水头损失计算Chezy 公式 这里： Q ——断面水流量（m3/s） C ——Chezy糙率系数（m1/2/s） A ——断面面积（m2） R ——水力半径（m） S ——水力坡度（m/m） 根据需要也可以变换为其它表示方法: Darcy-Weisbach公式 由于
这里： h f——沿程水头损失（mm3/s） f ——Darcy-Weisbach水头损失系数（无量纲） l ——管道长度（m） d ——管道内径（mm） v ——管道流速（m/s） g ——重力加速度（m/s2） 水力计算是输配水管道设计的核心，其实质就是在保证用户水量、水压安全的条件下，通过水力计算优化设计方案，选择合适的管材和确经济管径。输配水管道水力计算包含沿程水头损失和局部水头损失，而局部水头损失一般仅为沿程水头损失的5~10%，因此本文主要研究、探讨管道沿程水头损失的计算方法。 1.1 管道常用沿程水头损失计算公式及适用条件 管道沿程水头损失是水流摩阻做功消耗的能量，不同的水流流态，遵循不同的规律，计算方法也不一样。输配水管道水流流态都处在紊流区，紊流区水流的阻力是水的粘滞力及水流速度与压强脉动的结果。紊流又根据阻力特征划分为水力光滑区、过渡区、粗糙区。管道沿程水头损失计算公式都有适用范围和条件，一般都以水流阻力特征区划分。 水流阻力特征区的判别方法，工程设计宜采用数值做为判别式，目前国内管道经常采用的沿程水头损失水力计算公式及相应的摩阻力系数，按照水流阻力特征区划分如表1。 沿程水头损失水力计算公式和摩阻系数表1
长距离供水工程输水管道水力学计算 一、工程概况 该供水工程位于新疆巴音郭楞蒙古自治州若羌县境内，水源地位于米兰河以西，利用一字形分布在水源地内的取水井，通过水源地管道送到高位首部水池，然后经主管道途径戈壁滩、盐湖到达尾部蓄水池，其中供水主管道全长239.704Km，引水流量0.58m3/s，即50112m3/日。其中DN1000位于桩号0+000～138+858长度为138.858Km采用玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂压力管，DN900位于桩号138+858～239+704，长度为100.846Km采用螺旋焊缝钢管。输水管道工程所在起点地面高程为948.000m，终点地面高程为788.049m，总的地形高度差为160.251m，沿线地形总体上自首端坡向末端，通过管道的沿程、局部水头损失和管线压力线计算，输水管道具备有压重力输水的条件，全管道采用重力输水方式。输水管道的设计压力为管道静水压力加水击压力。其中静水压力为管道起末端的水力高差，水击压力按照0.2MPa控制。通过综合考虑管道的最大设计压力为1.9MPa。 二、水力学计算本管道工程水力学计算内容包括：管道过流能力、水头损失、管道压力线和水锤影响分析。2.1过流能力和水头损失计算。由于本管道工程确定的方案为DN1000+DN900不同管径组合的方案，而且日输水量为50112m3，因此这一部分水力学计算的目的是在管道的平面布置和纵向坡度基本确定的情况下，为满足每日的最小输水量，最终选定输水管道的长度。总的计算思路是在已知管道各种条件下，通过初步假定两种不同材料、不同管径的管道长度，计算两种管道的各自的雷诺数Re，选择相应的不同流态和流区的沿程阻力系数λ计算公式，然后根据计算得到的沿程阻力系数λ计算在设计流量条件下的管道的沿程水头损失∑hf ，同时计算管道的局部水头损失∑hj 。如果总水头损失∑(hf+ hj)小于总水头H，然后采用串联压力管的流量公式复核流量，直到复核流量和设计流量非常的接近，最终确定DN1000和DN900的管道具体长度，以及相应的水头损失。计算过程中涉及的计算公式如下：(1)雷诺数Re计算Re=vDν 式中：Re ——雷诺数；V——管道内流速(m/s) ；D ——管道过流断面直径（m）；ν——不同水温时的运动粘滞系数（cm2/s）。(2)水头损失h计算h=∑hf+∑hj ∑hf =∑λj LiDiv22g ∑hj=∑ξiv22g 式中：H——总水头损失（m）；∑hf——总沿程损失水头（m）；∑hj ——总局部水头损失（m）；λj ——管道第i段沿程阻力系数；ξi ：局部水头损失系数；Li——第i段管道长度（m）；Di——第i段管道直径（m）。(3)压力管道过流能力计算Q=vA=μA2gh μ=11+∑λj LiDi(AAi)2+∑ξi(AAi)2 式中：μ——流量系数；A——出口断面横断面积（m2）；Ai——第i断面横断面积（m2）。 项目 DN1000 DN900长度L（Km） 138.858 100.846沿程阻力系数λ0.0179 0.0185沿程水头损失hf 69.158 87.911局部水头损失hj 2.107 1.979总水头损失h（m） 161.155总水头H （m） 162.65剩余水头Δh 1.4952.2压力线计算。长距离有压重力输水管道通过地段的地形变化总是比较复杂，总水头损失也比较大，保证正常运行时有压管道任何点都不出现负压是非常重要的。管道内一旦出现负压，管中水流会产生气体释放，引发气蚀、断流水锤或管道长期积气运行，不仅影响管道运行安全，而且还可能造成管道供水能力达不到设计要求。而管道出现负压最明显的反映就管道的压力线位于管顶线以下。计算压力线的基本理论依据是实际液体恒定总流的能量方程，即伯努立方程。公式如下：H1=H2+hWH1=z1+p1γ+α1v212gH2=z2+p2γ+α2v222ghw=∑hf +∑hj 式中：H1、H2——选择的计算断面处的断面总水头（m）；hw ——选择的计算断面间总水头损失（m）；z1、z2——选择的计算断面处的位置水头（m）；p1/γ、p2/γ——选择的计算断
输水管道水力计算公式 1．常用的水力计算公式： 供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有: 达西(DARCY ）公式： g d v l h f 22 **=λ (1） 谢才（chezy ）公式： i R C v **= （2） 海澄－威廉（HAZEN —WILIAMS ）公式： 87 .4852 .1852.167.10d C l Q h h f ***= （3） 式中 h f —-——--——--—沿程损失,m λ——-——-----沿程阻力系数 l ----——-—--—管段长度，m d----—--————管道计算内径,m g-——-————-—-重力加速度，m/s 2 C ——-----—---谢才系数 i---——-———---水力坡降； R---—---—---水力半径，m Q ——--——--—-—管道流量m/s 2 v —---—--—---—流速 m/s C n -—-—-——----海澄―威廉系数 其中达西公式、谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式,在国内外被广泛用于管网系统计算。三种水力计算公式中 ，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。 2．规范中水力计算公式的规定 3．查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐采用的水力计算公式也有所差异，见表1： 表1 各规范推荐采用的水力计算公式
3．1达西公式 达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式,该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流.公式中沿程阻力系数λ值的确定是水头损失计算的关键，一般采用经验公式计算得出.舍维列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克（C.F 。COLEBROOK ）公式均是针对工业管道条件计算λ值的著名经验公式。 舍维列夫公式的导出条件是水温10℃，运动粘度1.3*10—6 m 2/s ，适用于旧钢管和旧铸铁管，紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用较广。 柯列勃洛可公式 )Re 51 .27.3lg( 21 λ λ +∆*-=d （Δ为当量粗糙度，Re 为雷诺数）是根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区λ值计算公式，该式实际上是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合,适用范围为4000〈Re<108。大量的试验结果表明柯列勃洛克公式与实际商用圆管的阻力试验结果吻合良好，不仅包含了光滑管区和完全粗糙管区,而且覆盖了整个过渡粗糙区，该公式在国外
太阳能集热工程,管网的水力计算 管网的水力计算（1）管网热水流速的确定。热水管道内的流速，宜按照表1来选用。(1) 表1 公称直径DN/mm 15---20 25---40 ≧50 流速/ (m/s) ≦0.8 ≦1.0 ≦1.2 (2) 热水管道阻力的确定。热水管道的沿程水头损失可按照表2来计算，管道的计算内径应考虑结垢和腐蚀引起过水断面缩小的因素。 I= 105Ch-1.85 Di- 4.87 Qg-1.85 式中I-------- 管道单位长度水头损失，kPa/m Di------ 管道计算内径，m； Qg----- 热水设计流量，m3/s； Ch-------- 海澄—威廉系数，各种塑料管、内衬（涂）塑管Ch =140；铜管、不锈钢管Ch =130 ；衬水泥、树脂的铸铁管Ch =130；普通钢管、铸铁管Ch =100. 1. 热水管道的配水管的局部水头损失，宜按照管道的连接方式，采用管（配）件当量长法计算。当管道的管（配）件当量长度资料不足时，可以按照下列管件的连接状况，按管网的沿程水头损失的百分数取值。 A：管（配）件内径与管道内径一致，采用三通分水时，取25%--30%；采用分水器时，取15%---20%。 B：管（配）件的内径略大于管道内径，采用三通分水时，取50%--60%；采用分水器分水时，取30%--35%。 C: 管（配）件内径略小于管道内径，管（配）件的插口插入管口内连接，采用三通分水时，取70%---80%; 采用分水器分水时，取35%---40%。 （备注：螺纹接口的阀门和管件的摩阻损失当量长度可参照GB50015---2003 《建筑给水排水设计规范》附录B选用） 2. 热水管道上附件的局部阻力可参照以下计算 A: 管道过滤器的局部水头损失，宜取0.01Mpa B：管道倒流防止器的局部水头损失，宜取0.025---0.04 Mpa。 C：水表的水头损失，应按照选用产品所给定的压力损失值来计算。在未确定具体产品时，可按照下列情况取用：住宅的入户管上的水表，宜取0.01 Mpa；建筑物或小区引入管上的水表，宜取0.03 Mpa。 D：比例式减压阀的水土损失，阀后动压宜按照阀后静水压的80%--90% 确定。 3. 热水供应系统的回水管径计算。热水供应系统的回水管管径应通过计算确定，初步设计时，可参照表3确定。 表3 热水供水管管径/ mm 20-2 32 40 50 65 80 100 125 150 200 热水回水管管径/ mm 20 20 25 32 40 40 50 65 80 100 为了确保各立管的循环效果，尽量减少干管的水头损失，热水供水干管和回水干管不宜变径，可按其相应的最大管径确定。
给排水软件 给排水水力计算 金属材料重量汁算器 1 水力计算表安装程序 2 水力计算器 3 建筑给排水软件 4 给水排水管道水利计算工具集 5 减丿来孔板计算小软件 6 流速流量管径讣算软件 7 3. 0版CAD 文字编辑（中英文）输入法自动切换破解版 8 用vb 编jj 的平差计算软件 9 消火栓计算软件 10 给排水计算工具集 11 给排水水量及配管程序软件 12 超越CAP 工具集6.2.0 （2012版） 13 建筑污水量及非满圆管讣算软件 14 水池构件计算软件 15 给水计算软件 16 给水管径快速汁算表 17 水施计算书 18 网络计划图生成软件 19 给排水管道水力计算软件 20 给水管实用软件 21 水头损失计算软件 22 给排水管网设汁计算软件 23 给排水汁算工具集GPS_T00LS V2010.7.4 24 PP-R 管径计•算软件（附平方根法算G 25 化粪池计算及选型软件（2009措施版） 26 排水设计软件-雨水管渠汁算书 27 给排水水量及配管程疗:软件 28 北京某大型设汁院给排水暖通设备汁算表格 29 喷头流量计算程序 30 水管管径-流速-流量对照表 31 水管道阻力计算 32 穗明给排水0.09 33 穗明给排水0.08 34 建筑给排水计算程序3.0版 35 太阳能系统计算软件 36 灭火器计算软件 37 给水管道水头损失计算表 38 灌水试验快速汁算表 39 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
给水排水管道系统水力计算 本章内容： 1、水头损失计算 2、无压圆管的水力计算 3、水力等效简化 本章难点：无压圆管的水力计算 第一节基本概念 一、管道内水流特征 进行水力计算前首先要进行流态的判别。判别流态的标准采用临界雷诺数Rek，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑 紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。 二、有压流与无压流 水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多
三、恒定流与非恒定流 给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。 四、均匀流与非均匀流 液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。 对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。 对于非满管流或明渠流，只要长距离截面不变，也没有转弯或交汇时，也可以近似为均匀流，按沿程水头损失公式进行水力计算，对于短距离或特殊情况下的非均匀流动则运用水力学理论按缓流或急流计算。 五、水流的水头和水头损失 水头是指单位重量的流体所具有的机械能，一般用符号h或H表示，常用单位为米水柱(mH2O)，简写为米(m)。水头分为位置水头、压力水头和流速水头三种形式。位置水头是指因为流体的位置高程所得的机械能，又称位能，用流体所处的高程来度量，用符号Z表示；压力水头是指
供水工程长距离输水管道设计要点探析 摘要：随着我国城市化进程的加快，城市单一供水水源的水质水量问题日益 突出。科学、合理的进行水资源分配，打破区域供水限制，可以有效解决上述问题。目前，许多城市已经建成或正在建设一定规模的长距离输水工程，以更合理 地配置有限的水资源，保障居民生活生产用水安全。长距离输水管道的优化设计 对供水工程的安全性、可靠性和经济性具有重要意义。本文主要分析了长距离输 水管道设计要点展开探讨，仅供参考。 关键词：长距离输水；管道设计；要点 引言：随着经济的快速发展，我国的自然环境越来越差。在水资源短缺、地 域分布不均的今天，如何提高水资源利用率，保障居民日常用水，成为摆在水利 工作者面前的难题。随着水资源需求的不断增加和居民用水需求的不断提高，远 距离供水工程的应用越来越广泛。为了尽可能提高供水效率，必须从各个方面入手，严格控制工程中的每个环节。 1长距离输水管道工程特点 1.1便捷的管道管理 长距离输水管道工程主要通过输水管道提供水资源。由于管道长期埋于地下，水资源密封性好，在输水过程中几乎不存在渗漏和蒸发现象，使水资源得到了很 好的保护和有效利用。同时，如果将管道埋在地下，可以避免偷水现象，降低现 场检查的强度，有利于施工单位的管理。 1.2节约土地资源 输水管道虽然将永久性占用安全监测房、气阀井等建设用地，但只占用少量 土地，大部分为临时构筑物和施工设施。因此，管道建设占用的土地资源很少。 在一定程度上，有效节约了土地资源，增加了城市建设的可用空间，有利于城市 开发建设。
1.3长距离供水管道设计优化 输水管道能否顺利进行输水，取决于管道设计是否合理，管道材料是否合适。对于长距离供水工程，管道设计的最终方案直接关系到整个工程的资金投入。因此，做好管道设计优化对整个工程具有十分重要的意义。因此，如何在控制投入 的基础上，尽可能地提高管道的铺设质量，成为工程设计人员面临的一个难题。 水利工程设计人员应结合不同材料的经济技术因素、地形数据，合理规划整个过程。更具体地说，要保证管道的排水量达标，管道的布置和地形要控制在国家标 准的要求之内。在选择输水管道直径时，应根据水力条件进行选择。 2长距离供水工程输水管道材质分析 2.1经济分析 为了更好地满足不同地区的供水需要，需比较不同材料之间的差异，以便更 好地选择输水管道材料，降低长距离输水工程的工程成本，提高长距离输水工程 的经济效益。分析不同材料之间的经济性差异，采用年度固定投资法和动态投资 法对其经济性进行计算，从而选出经济效益最高的材料，从而降低长距离供水工 程的成本，提高供水工程的效率。 2.2技术分析 对于长距离供水工程，应根据不同情况选用不同的材料。设计师要从实际出发，根据不同的环境选择合适的材料。如在工程的承压能力中，钢管的承压能力 明显强于其他钢管，其密封性能较好，能更好地适应高压环境。在承压能力比较中，玻璃钢夹砂管的承压能力最弱。其次，在接口的连接形式上，这些材料也有 各自的区别。其中，钢管采用硬性焊接连接，而对混凝土管的要求更为严格。必 须进行双密封插装，要求水平高。聚乙烯PE管用热熔或胶粘方式连接，玻璃钢 夹砂管用手糊方式连接。这些材料对地基土也有不同的要求，其中钢管的依赖性 较差，一般的地基条件都能满足要求，其他三种材料的地基要求偏高，管道安装 前必须满足一定的要求。在管道安装过程中，钢管对沟槽有严格的要求，而混凝 土管则要求沟槽有坚硬的基础或其他支撑。另外两种材料对管沟的要求较高，只
自来水管网水力计算 1）计算公式的选用 1）管径计算公式 ①按经济流速计算管径： D=18.8*(Q/V)1/2 式中：Q---管中流量（m3/h）； D---管道内径(mm)； V---管中流速（m/s）。可参考下列范围取值：输水管和配水干管：V=0.5～1.2m/s； 配水支管：V=0.75～1.0m/s； 水泵吸水管：V=1.0～1.2m/s； 水泵出水管：V=1.5～2.0m/s。 ②按拟定的水力比降计算管径： 式中：I---水力比降，其余符号见管网水头损失计算公式。 2）管网水头损失计算公式 式中：Q---管中流量（m3/h）； D---管道内径(mm)； h f ---管道沿程水头损失（m）； L---管道长度（m）。 f、m、b---与管材有关的参数，见表3-1。
表3-1 不同管材的f、m、b取值范围 注：当Q以m3/s计时，d以m计时，f取(f)对应列的值。 3）局部水头损失（h j） 为简化计算，局部水头损失可按沿程水头损失的10％计算。 （2）确定管网控制点（管网中压力最低的节点） 一般是离管网入口处较远、地面标高较高的节点，通过水力计算比较确定管网控制点。 （3）确定干管、支管 干管：从控制点到管网入口处的最短距离的管线。控制点→节点………节点→管网入口节点。 支管：非干管管线，要分别列出所经过的节点。 （4）节点出流量Q i计算 先将配水管网总流量扣除集中出流节点流量（工业企业集中用水量）后分摊到各管段，再将分摊到各管段的流量分摊到各节点。 1）管段分摊流量通常采用以下几种方法计算 ①按每管段负担的供水户数分摊 管段分摊流量按下式计算： 式中：---计算管段分摊流量（L/s）；
输水管道沿程水头损失水力计算软件开 发 摘要：在油田注水管道、输水管道的设计中，精确计算管道的沿程水头损失，是合 理确定管道直径、壁厚以及泵的扬程的基础。精确的计算水头损失同样是流体力学理论研究 的重要组成部分。在理论计算及工程设计计算过程中，因管道内流体流动状态的不同，沿程 水头损失计算十分繁琐。本文利用Visual Basic语言编写了一款可以进行输水管道沿程水 头损失水力计算的软件，用于选取、校核管径与泵的参数等，辅助油田水管道设计。 关键词：输水管道设计；沿程水头损失；水力计算；沿程摩阻系数 0 引言 油气田水管道建设是油气田地面工程建设的重要组成部分。水管道工程投资 较大，一般占水系统投资的70%-80%。对水管道进行水力计算，合理确定合适的 管道直径、壁厚以及泵的扬程，具有重要的意义。水管道的水力计算包括沿程水 头损失计算和局部水头损失计算，而局部水头损失一般按照沿程水头损失的5%-10%考虑，因此分析计算沿程水头损失成为水管道设计的重点。因流体流态的不同，用于水力计算的公式繁琐，手工计算耗时耗力，出错率较高，工程查图法受 视觉误差影响，限制了计算精度。 本文针对上述问题，利用Visual Basic语言编写了一款输水管道沿程水头 损失水力计算软件。使用者只需在软件界面输入基本参数，即可快速计算出结果，准确高效。 1 理论基础 在平直管道内流体流过时的阻力称为沿程阻力。沿程阻力的大小可用 Darcy-Weisbach公式表示: （1.1）
式中: 为沿程摩阻损失（又称沿程水头损失）；为沿程摩阻系数( 达西 摩阻系数)；为管道长度；d为管道直径；v 为断面平均流速；g 为重力加速度。从式（1.1）重可以看出，求解沿程水头损失的重点在于，求解沿程摩阻系数。通过大量实验得知：是雷诺数Re与当量相对粗糙度的函数。工程上可以根据 管道流动的雷诺数Re和相对当量粗糙度 ,查莫迪(L.F.Moody)图得出。 雷诺数Re为无量纲数，其表达式为： （1.2） 其中为动力粘度，水的动力粘度可根据下式计算： （1.3） ——温度，℃。 莫迪图上可分为五个区，各区的分界判别式及计算公式如下； （1）层流区:Re≤2000, （1.4） （2）过渡区:2000 （3）紊流光滑区:4000≤Re≤ Re1，此区中与无关,只是Re数的函数。可由下列经验公式计算:布拉修斯公式(H·Blasius) （4000≤Re< 105）（1.5） 费洛年科一阿里特苏里公式 （Re＞4000）（1.6）
各种管道水头损失的简便计算公式 (879) 摘要：从计算水头损失的最根本公式出发，将各种管道的计算公式加以推导，得出了计算水头损失的简便公式，使得管道工程设计人员从繁琐的计算中解脱出来，提高了工作效率。 关键词：水头损失塑料管钢管铸铁管混凝土管钢筋混凝土管 在给水工程应用中经常要用到水头损失的计算公式，一般情况下计算水头损失都是从水力摩阻系数λ等基本参数出发，一步一步的代入计算。其实各个公式之间是有一定的联系的，有的参数在计算当中可以抵消。如果公式中只剩下流速、流量、管径这些基本参数，那么就会给计算者省去很多的麻烦。在此我们充分利用了各参数之间以及水头损失与水温的关系，将公式整理简化，供大家参考。 1、PVC-U、PE的水头损失计算 根据《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》规定，塑料管道沿程水头损失hf应按下式计算： （式1-1） 式中λ—水力摩阻系数； L—管段长度（m）； di—管道内径（m）； v—平均流速（m/s）； g—重力加速度，9.81m/s2。 因考虑到在通常的流速条件下，经常使用热塑性塑料给水管PVC-U、PE管一般处于水力光滑区，管壁绝对当量粗糙度对结果的影响非常小或没有影响，故水力摩阻系数λ可按下式计算： （式1-2） 式中Re—雷诺数。 雷诺数Re应按下式计算： （式1-3）
式中γ—水的运动粘滞度（m3/s），在分歧温度时可按表1采取。 表1水在分歧温度时的γ值（×10-6） 水温℃ 05101520253040 γ（m3/s）1.78 1.52 1.31 1.14 1.000.890.80 0.66 从前面的计算可知，若要计算水头损失，需将表1中的数据代入，并逐步计算，最少需要3个公式，计算较为繁琐。为将公式和计算简化，以减少工作量，特推导如下：因具体工程水温的变更较大，水力计算中通常依照基准温度计算，然后根据具体情况，决定是否进行校正。冷水管的基准温度多选择10℃。 当水温为10℃时的γ=1.31×10-6 m3/s，代入式1-3 得（式1-4） 将式1-4代入式1-2 （式1-5） 再将式1-5代入式1-1 得（式1-6） 取L为单位长度时，hf即等同于单位长度的水头损失i，所以 （式1-7）
给水排水管道工程 课程设计指导书 环境科学与工程学院
第一部分城市给水管网水力计算程序及习题 一、程序 #define M 18 #define N 6 #define ep 0.01 #include
for(i=1;i<=N;i++) { f[i]=0;r[i]=0; dq[i]=0; for(k=0;k<=M-1;k++) { if(abs(io[k])!=i) goto map; f[i]=f[i]+h[k]; r[i]=r[i]+(h[k]/Q[k]); map: if( abs(jo[k])!=i) continue; f[i]=f[i]+h[k]*sgn(jo[i]); r[i]=r[i]+(h[k]/Q[k]); } dq[i]=-(f[i]/(r[i]*2)); } { if (fabs(f[N])<=ep) flag=1; } if (flag==1) goto like; for(k=0;k<=M-1;k++) { p=abs(io[k]);q=abs(jo[k]); Q[k]=Q[k]+dq[p]+(dq[q]*sgn(jo[k])); } ko=ko+1; if(flag==0) goto loop; like: printf("\n\n"); for(i=1;i<=N;i++) {printf("%f\n",f[i]);} printf("ep=%f\n",0.01); printf("n=%d,m=%d,ko=%d\n",N,M,ko); for(k=0;k<=M-1;k++) { printf("%d)",k+1);
第四章 有压管道恒定流 第一节 概述 前面我们讨论了水流运动的基本原理,介绍了水流运动的三大方程,水流形态和水头损失,从第五章开始,我们进入实用水利学的学习,本章研究有压管道的恒定流. 一. 管流的概念 1.管流是指液体质点完全充满输水管道横断面的流动，没有自由水面存在。 2.管流的特点.①断面周界就是湿周，过水断面面积等于横断面面积；②断面上各点的压强一般不等于大气压强，因此，常称为有压管道。③一般在压力作用而流动. 1.根据出流情况分自由出流和淹没出流 管道出口水流流入大气，水股四周都受大气压强作用，称为自由出流管道。 管道出口淹没在水面以下，则称为淹没出流。 2.根据局部水头损失占沿程水头损失比重的大小，可将管道分为长管和短管。 在管道系统中，如果管道的水头损失以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头所占比重很小（占沿程水头损失的5%～10%以下），在计算中可以忽略，这样的管道称为长管。否则，称为短管。必须注意，长管和短管不是简单地从管道长度来区分的，而是按局部水头损失和流速水头所占比重大小来划分的。实际计算中，水泵装置、水轮机装置、虹吸管、倒虹吸管、坝内泄水管等均应按短管计算；一般的复杂管道可以按长管计算。 3. 根据管道的平面布置情况，可将管道系统分为简单管道和复杂管道两大类。 简单管道是指管径不变且无分支的管道。水泵的吸水管、虹吸管等都是简单管道的例子。由两根以上管道组成的管道系统称为复杂管道。各种不同直径管道组成的串联管道、并联管道、枝状和环状管网等都是复杂管道的例子。 工 程实践中为了输送流体，常常要设置各种有压管道。例如，水电站的压力引水隧洞和压力钢管，水库的有压泄洪洞和泄洪管，供给城镇工业和居民生活用水的各种输水管网系统，灌溉工程中的喷灌、滴灌管道系统，供热、供气及通风工程中输送流体的管道等都是有压管道。研究有压管道的问题具有重要的工程实际意义。 有压管道水力计算的主要内容包括：①确定管道的输水能力；②确定管道直径；③确定管道系统所需的总水头；④计算沿管线各断面的压强。 第二节 简单管路的水力计算 以通过出口断面中心线的水平面为基准面，在离开管道进口一定距离处选定1—1过水断面(该断面符合渐变流条件)，管道出口断面为2—2过水断面，1—1与2—2过水断面对基准面建立能量方程，即可解决简单管道的水力计算问题，并可建立一般计算公式。 简单管道自由出流水力计算公式 02gH A Q c μ= 式中，c μ 称为管道系统的流量系数，它反映了沿程水头损失和局部水头损失对过流能力的影响。计算公式为 ςλμ∑++= d l c 11 当行近流速水头很小时，可以忽略不计，上述流量公式将简化为
园林景观水电设计方法及计算 一、给水设计 （1）、绿化给水设计 绿化给水一般可分为：快速取水器给水、自动喷灌系统给水、滴灌。（具体采用何种方式给水需与甲方沟通确定） 1、快速取水器给水：目前应用较广泛，具有前期投入少、耗水量大、后期养护需大量人工等特点。可用于市政广场、公园、道路（道路中央分隔带慎用）和住宅小区绿化浇灌用水。绿化取水点布置较灵活，一般采取沿路每隔30-44m（为方便施工间距应为偶数）布置为宜，使用时接15-25米软胶管浇灌。绿化面积过深入，人工不易浇到的地方不宜采用此方式。 2、自动喷灌系统给水：该绿化给水系统具有前期投入大、节水效果明显、后期养护需工量少等特点。可用于足球场、市政广场、公园、道路和住宅小区内较大面积绿化的浇灌用水，但是周围不得有密集的大树等，否则影响绿化浇水的效果。该系统一般需同时设置自动喷灌喷头、电磁阀、电磁阀控制器、雨量传感器等来实现给水的自动化。 3、滴灌：滴灌给水系统目前广泛用于农业给水，园林中主要用于园林名贵树木、高架桥垂直绿化等的给水。 （2）、各取水方式计算 1、快速取水器取水给水：一般在住宅类的园林景观设计中考虑每个组团中同时开启快速取水器数不超过3个来确定管道设计流量；对于市政管道一般按照全部用水量的30%-40%来确定管道最大设计流量，如果管道过长可
根据管道流量经计算沿程损失和局部损失后适当放大以确保末端压力的满足喷头要求。园林景观给水管道一般为塑料管，塑料管沿程水头损失，可按下列公式计算： h j=λ×l/d j×v2/2g 式中λ――沿程阻力系数 l――管道长度（m） d j――管道计算内径（m） v――管道断面水流平均速度（m/s） g――重力加速度9.81（m/s2） 注：λ与管道的相对当量粗糙度（△/ d j）和雷偌数（Re）有关，可查表获得。其中：△为管道当量粗糙度（mm）。 管道沿程流量损失计算可参考计算软件《管道水力计算》。 一般管道设计应根据不同需求分多分支控制，各回路均能单独操作、控制，且面积大的项目宜采用环状管网以确保供水的稳定性。快速取水器的喷头压力一般不宜小于0.15MPa，但不得大于0.6MPa。DN20快速取水器出水流量按每个0.8L/S计，管径经济给水流量详《管径/流速/流量对照表》。 2、自动喷灌系统给水：自动喷灌系统一般采用轮流给水，在计算供水管道管径前需根据项目特点确定轮灌区，供水主管需满足轮灌区内所有喷头开启时的流量要求和最末端喷头压力要求，供水主管流量大小可由所选喷头技术参数确定。管径经济给水流量详《管径/流速/流量对照表》，管道流量损失计算详《管道水力计算》。 3、注意事项：如直接采用市政水供给，最不利端不能满足喷头或取水器压力要求，当相差不大时可适当放大管径，如相差过大，则必须增设加压
园林水电设计方法及计算 园林景观水电设计办法及计算 一、给水设计 （1）、绿化给水设计 绿化给水普通可分为：迅速取水器给水、自动喷灌系统给水、滴灌。（详细采纳何种方式给水需与甲方交流确定） 1、迅速取水器给水：目前应用较广泛，具有前期投入少、耗水量大、后期养护需大量人工等特点。可用于市政广场、公园、道路（道路中心分隔带慎用）和住所小区绿化灌溉用水。绿化取水点布置较灵便，普通实行沿路每隔30-44m（为便利施工间距应为偶数）布置为宜，使用时接15-25米软胶管灌溉。绿化面积过深化，人工不易浇到的地方不宜采纳此方式。 2、自动喷灌系统给水：该绿化给水系统具有前期投入大、节水效果显然、后期养护需工量少等特点。可用于足球场、市政广场、公园、道路和住所小区较大面积绿化的灌溉用水，但是周围不得有密集的大树等，否则影响绿化浇水的效果。该系统普通需同时设置自动喷灌喷头、电磁阀、电磁阀控制器、雨量传感器等来实现给水的自动化。 3、滴灌：滴灌给水系统目前广泛用于农业给水，园林中主要用于园林高贵树木、高架桥垂直绿化等的给水。 （2）、各取水方式计算 1、迅速取水器取水给水：普通在住所类的园林景观设计中考虑每个组团中同时开启迅速取水器数不超过3个来确定管道设计流量；对于市政管道普通根据所有用水量的30%-40%来确定管道最大设计流量，假如管道过长可
按照管道流量经计算沿程损失和局部损失后适当放大以确保末端压力的满足喷头要求。园林景观给水管道普通为塑料管，塑料管沿程水头损失，可按下列公式计算： h j=λ×l/d j×v2/2g 式中λ――沿程阻力系数 l――管道长度（m） d j――管道计算径（m） v――管道断面水流平均速度（m/s） g――重力加速度9.81（m/s2） 注：λ与管道的相对当量粗糙度（△/ d j）和雷偌数（Re）有关，可查表获得。其中：△为管道当量粗糙度（mm）。 管道沿程流量损失计算可参考计算软件《管道水力计算》。 普通管道设计应按照不同需求分多分支控制，各回路均能单独操作、控制，且面积大的项目宜采纳环状管网以确保供水的稳定性。迅速取水器的喷头压力普通不宜小于0.15MPa，但不得大于0.6MPa。DN20迅速取水器出水流量按每个0.8L/S计，管径经济给水流量详《管径/流速/流量对比表》。 2、自动喷灌系统给水：自动喷灌系统普通采纳轮番给水，在计算供水管道管径前需按照项目特点确定轮灌区，供水主管需满足轮灌区全部喷头开启时的流量要求和最末端喷头压力要求，供水主管流量大小可由所选喷头技术参数确定。管径经济给水流量详《管径/流速/流量对比表》，管道流量损失计算详《管道水力计算》。
第三章给水排水管道系统水力计算基础 本章内容： 1、水头损失计算 2、无压圆管的水力计算 3、水力等效简化 本章难点：无压圆管的水力计算 第一节基本概念 一、管道内水流特征 进行水力计算前首先要进行流态的判别。判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。 对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑 紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。 二、有压流与无压流 水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流 给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。 从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多 三、恒定流与非恒定流 给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。 四、均匀流与非均匀流 液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。 对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。 对于非满管流或明渠流，只要长距离截面不变，也没有转弯或交汇时，也可以近似为均